70 Yıllık Kuantum Tahmini Gerçek Oluyor Çünkü Bir Şey Yoktan Var Ediliyor
Ortak deneyimimize göre, hiçbir şey için bir şey elde edemezsiniz. Kuantum aleminde, bir şey gerçekten yoktan ortaya çıkabilir.
“Hiçbir şeyden bir şey elde edemezsiniz.” diyen her kimse, kuantum fiziğini asla öğrenmemiş olmalı. Boş alanınız olduğu sürece – fiziksel hiçliğin nihai noktası – onu doğru şekilde manipüle etmek kaçınılmaz olarak bir şeylerin ortaya çıkmasına neden olacaktır. Boş uzayın uçurumunda iki parçacık çarpışır ve bazen ek parçacık-karşıt parçacık çiftleri ortaya çıkar. Bir mezon alın ve kuarkı antikuarktan ayırmaya çalışın ve aralarındaki boş alandan yeni bir parçacık-karşıt parçacık çifti seti çekilecektir. Ve teorik olarak, yeterince güçlü bir elektromanyetik alan, herhangi bir başlangıç parçacığı veya antiparçacığı olmadan bile parçacıkları ve karşı parçacıkları vakumun kendisinden koparabilir.
Önceden, bu etkileri üretmek için, sadece yüksek enerjili parçacık fiziği deneylerinde veya aşırı astrofiziksel ortamlarda elde edilebilen en yüksek parçacık enerjilerine ihtiyaç duyulacağı düşünülüyordu. Ancak 2022’nin başlarında, grafenin benzersiz özelliklerinden yararlanan basit bir laboratuvar kurulumunda, yeterince güçlü elektrik alanları yaratıldı ve parçacık-antiparçacık çiftlerinin hiçbir şeyden kendiliğinden yaratılmasını sağladı. Bunun mümkün olabileceği öngörüsü 70 yaşında Kuantum alan teorisinin kurucularından biri olan Julian Schwinger’a kadar uzanıyor. Schwinger etkisi, şimdi doğrulandı ve bize Evren’in gerçekten nasıl yoktan bir şey yaptığını öğretiyor.
İçinde yaşadığımız Evren’de, tatmin edici bir şekilde “hiçbir şey” yaratmak gerçekten imkansızdır. Temel düzeyde var olan her şey, daha fazla parçalanamayan bireysel varlıklara – kuantalara – ayrıştırılabilir. Bu temel parçacıklar; kuarkları, elektronları, elektronun daha ağır kuzenlerini (müonlar ve taus), nötrinoları ve bunların tüm antimadde karşılıklarını, artı fotonları, glüonları ve ağır bozonları, W+, W-, Z0 ve Higgs, içerir. Ancak hepsini alırsanız, kalan “boş alan” birçok fiziksel anlamda pek boş değildir.
Birincisi, parçacıkların yokluğunda bile kuantum alanları kalır. Fizik yasalarını Evren’den alamayacağımız gibi, Evrene nüfuz eden kuantum alanlarını da ondan uzaklaştıramayız.
Bir diğeri için, herhangi bir madde kaynağını ne kadar uzağa hareket ettirirsek bile, etkileri devam edecek olan iki uzun menzilli kuvvet vardır: elektromanyetizma ve yerçekimi. Bir bölgedeki elektromanyetik alan şiddetinin sıfır olmasını sağlayan akıllı kurulumlar yapabilirken, yerçekimi için bunu yapamayız; uzay, bu konuda gerçek anlamda “tamamen boşaltılamaz”.
Ancak elektromanyetik kuvvet için bile – uzayın bir bölgesindeki elektrik ve manyetik alanları tamamen sıfırlasanız bile – boş uzayın gerçekten boş olmadığını göstermek için yapabileceğiniz bir deney var. Elektrik ve manyetik alanların sıfır olduğu, tüm parçacıklardan ve her türden karşıparçacıktan yoksun mükemmel bir boşluk yaratsanız bile, bu bölgede bir fizikçinin, fiziksel bir perspektiften “maksimum hiçlik” olarak adlandırabileceği bir şey olduğu açıktır. ”
Yapmanız gereken tek şey, uzayın bu bölgesine bir dizi paralel iletken plaka yerleştirmek. Aralarında deneyimleyecekleri tek kuvvetin, karşılıklı yerçekimi belirlenen yerçekimi olacağını bekleyebilirsiniz, ancak gerçekte olan şey, levhaların, yerçekiminin tahmin ettiğinden çok daha fazla çekmesidir.
Bu fiziksel fenomen Casimir etkisi olarak bilinir ve Hendrik Casimir tarafından hesaplanıp önerildikten 48 yıl sonra, 1996’da Steve Lamoreaux tarafından doğru olduğu kanıtlanmıştır.
Burada iki paralel iletken plaka için gösterilen Casimir etkisi, belirli elektromanyetik modları iletken plakaların içinden hariç tutarken, bunların plakaların dışına çıkmasına izin verir. Sonuç olarak, 1940’larda Casimir tarafından tahmin edildiği ve 1990’larda Lamoreaux tarafından deneysel olarak doğrulandığı gibi, plakalar çekiyor.
Benzer şekilde, 1951’de, elektronları ve elektromanyetik kuvveti tanımlayan kuantum alan teorisinin kurucularından biri olan Julian Schwinger, maddenin nasıl yoktan var edilebileceğinin tam bir teorik tanımını verdi: sadece güçlü bir elektrik alanı uygulamak. Bu fikri 1930’larda Fritz Sauter, Werner Heisenberg ve Hans Euler de dahil olmak üzere başkaları önermiş olsa da, Schwinger, bu etkinin tam olarak hangi koşullar altında ortaya çıkması gerektiğini ölçmek için zor işi yaptı ve bundan böyle öncelikle Schwinger etkisi olarak biliniyor.
Derleyen: Simge KARA
Kaynak: 70 Yıllık Kuantum Tahmini Gerçek Oluyor Çünkü Bir Şey Yoktan Var Ediliyor